徐 馳

(沈陽興禹水利建設(shè)工程質(zhì)量檢測有限公司，遼寧 沈陽 110006)

1 工程概況

大伙房水庫輸水(二期)抗旱應(yīng)急工程是在現(xiàn)有一步輸水一期工程基礎(chǔ)上，從沈陽2配水站開始再鋪設(shè)兩條DN3200及DN3000型PCCP管至鞍山加壓站，以增加下游受水城市大連的城市用水供給量。工程區(qū)位于沈陽、遼陽、鞍山等三市區(qū)，屬遼寧省中部，遼河中游地區(qū)，管線總長84.197 km，途經(jīng)遼陽配水站，擬建管線基本上與已建管線平行布置，管間距25 m～40 m。管線穿越高速、國道、省道及重要公路等11處，管線經(jīng)過段需采用套管頂進(jìn)施工，分別為107省道、202國道1、小小線、佟二堡高速、縣道遼官線、沈環(huán)線、本遼遼高速、202國道2、沈大高速(蘇家屯)、沈大高速(稠樹林子)、沈大高速(煙狼寨)等。本文以段管線穿越本遼遼高速(管線設(shè)計(jì)樁號為125+386～125+466)頂管施工位置進(jìn)行雷達(dá)檢測，分析施工對路基的擾動(dòng)及灌漿處理后情況。但后來由于現(xiàn)場施工人員在工作時(shí)，造成高速公路地基土流失，導(dǎo)致公路部分沉陷，且路面有裂縫產(chǎn)生，而后施工單位對裂縫位置進(jìn)行了灌漿處理，在灌漿處理結(jié)束后，在此位置進(jìn)行了第二次雷達(dá)檢測。

2 地質(zhì)雷達(dá)系統(tǒng)工作原理

2.1 儀器設(shè)備介紹

本次檢測預(yù)報(bào)采用美國地球物理探測公司研制的新一代高速24位專業(yè)地質(zhì)雷達(dá)(型號：SIR-30E)[1]。該款地質(zhì)雷達(dá)是一款雙通道主機(jī)系統(tǒng)，檢測時(shí)可同時(shí)連接兩根探頭相互獨(dú)立的工作，互不影響檢測結(jié)果，雷達(dá)天線兼容于GSSI廠家所有頻率的天線，內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲量較大，為250GB，內(nèi)置GPS數(shù)據(jù)接收器。同時(shí)還適用于車載高速測量，在交流(AC)或者直流(DC)電壓下均可工作。工作過程中數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集，實(shí)時(shí)顯示，實(shí)時(shí)處理。其優(yōu)勢在于：掃描速率最快、輸出數(shù)據(jù)分辨率更高、采樣點(diǎn)更多，同時(shí)可自動(dòng)識別天線類型和系統(tǒng)外接插口豐富等。

2.2 工作原理

地質(zhì)雷達(dá)(英文縮寫：GPR)結(jié)構(gòu)組成主要包括發(fā)射、接收、控制單元和微型計(jì)算機(jī)四大系統(tǒng)[2](總體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見圖1)，其檢測的原理是通過雷達(dá)發(fā)射天線向地下發(fā)射脈沖高頻電磁波，電磁波在傳播過程中遇地下隱蔽障礙物、孔洞缺陷、裂縫、滲水和尖銳物等不同電介質(zhì)物體界面時(shí)會發(fā)生發(fā)射、散射等現(xiàn)象，電磁波反射回地面被雷達(dá)接收天線所接受，再通過主機(jī)將接收到的雷達(dá)信號轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號，再轉(zhuǎn)化成模擬信號等過程對反射波進(jìn)行一些列分析處理，根據(jù)反射電磁波的強(qiáng)弱、形狀和強(qiáng)弱等來判斷隱蔽工程對應(yīng)的缺陷，最終形成檢測物體內(nèi)部介質(zhì)剖面圖像，根據(jù)圖像進(jìn)行具體分析，分析被檢測工程隱蔽部位是否存在工程質(zhì)量問題[3]，地質(zhì)雷達(dá)檢測的工作原理示意圖見圖2。

圖1 地質(zhì)雷達(dá)總體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

圖2 地質(zhì)雷達(dá)工作原理示意圖

檢測依據(jù)：由于受頂管施工影響和回填灌漿處理的路基的頻率與其周圍未進(jìn)行灌漿(或未受頂管施工影響)的路基的介電常數(shù)、電磁波的能量損耗和破碎程度、等存在著差異，導(dǎo)致了雷達(dá)圖件特征中電磁波振幅的寬窄、強(qiáng)弱和波的形狀特征都不一樣，對檢測得到的雷達(dá)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后，對比圖件的特征和工程介質(zhì)電性參數(shù)就可以分析所探測的目標(biāo)體的空間結(jié)構(gòu)分布特征[4]。工程中常見的介質(zhì)電性數(shù)見表1。

表1 工程中常見的介質(zhì)電性參數(shù)對照表

3 測線布置及數(shù)據(jù)分析

3.1 測線布置

頂管范圍揭露巖性為粉質(zhì)粘土及淤泥質(zhì)土，勘察期間地下水埋深7.3 m～8.7 m。本次地質(zhì)雷達(dá)檢測共完成4條測線的檢測工作，測線布置于地下施工套管上方的路面上，測線方向與公路延伸方向同向，測線1-1和測線1-2位于頂管軸線中心線西側(cè)，每條測線長約15 m，測線檢測方向由東向西；測線2-1和測線2-2位于頂管軸線中心線東側(cè)，每條測線長約10 m，測線檢測方向由西向東，測線布置情況見圖3。

圖3 地質(zhì)雷達(dá)測線布置示意圖

3.2 數(shù)據(jù)處理

地質(zhì)雷達(dá)檢測中難免會受到周圍及外部條件的干擾因素，如周圍建筑物的干擾，高壓電線以及地形等條件的干擾影響，以及檢測面的不平整性、凹凸性等，使得電磁波在傳輸、反射中受到影響，最后形成的電磁波波形雜亂，因此必須對地質(zhì)雷達(dá)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚韀5]，常規(guī)處理方法步驟示意圖見圖4。

圖4 數(shù)據(jù)常規(guī)處理方法步驟示意圖

3.3 地質(zhì)解譯分析

地質(zhì)雷達(dá)資料的地質(zhì)解釋是地質(zhì)雷達(dá)檢測的目的，在數(shù)據(jù)處理后所得的地質(zhì)雷達(dá)圖像剖面中，根據(jù)反射波組的波形與強(qiáng)度特征，通過同相軸的追蹤，確定反射波組的地質(zhì)含義，構(gòu)筑地質(zhì)-地球物理解釋剖面[6]。本次地質(zhì)雷達(dá)檢測共布置測線4條，地質(zhì)雷達(dá)剖面圖橫坐標(biāo)表示剖面的平面相對位置，縱坐標(biāo)表示探測深度。該測區(qū)地質(zhì)雷達(dá)探測成果剖面圖解譯如下：

(1)從圖5測線1-1地質(zhì)雷達(dá)圖像上可以看到，在橫坐標(biāo)150～580，縱坐標(biāo)3.5 m～4.5 m之間，以及橫坐標(biāo)620～800，縱坐標(biāo)2.5 m～3.0 m之間，同向軸有嚴(yán)重錯(cuò)斷現(xiàn)象，同向軸錯(cuò)斷的位置既有可能為地基脫空區(qū)，也有可能為灌漿水泥聚集區(qū)。

圖5 測線1-1地質(zhì)雷達(dá)圖像

(2)從圖5測線1-2地質(zhì)雷達(dá)圖像上可以看到，在橫坐標(biāo)0～60，縱坐標(biāo)4.0 m～5.0 m之間，同向軸有輕微錯(cuò)斷現(xiàn)象，其他位置地質(zhì)雷達(dá)圖像同向軸較為連續(xù)，無明顯洞狀、扇狀等異常反射界面，推測該測線位置路面下7 m范圍內(nèi)路基砂土較為密實(shí)。

圖6 測線1-2地質(zhì)雷達(dá)圖像

(3)從圖7測線2-1地質(zhì)雷達(dá)圖像上可以看到，在橫坐標(biāo)80～180，縱坐標(biāo)3.0 m～4.0 m之間，以及橫坐標(biāo)200～600，縱坐標(biāo)4.5 m～6.0 m之間，同向軸有嚴(yán)重錯(cuò)斷現(xiàn)象。同向軸錯(cuò)斷的位置既有可能為地基脫空區(qū)，也有可能為灌漿水泥聚集區(qū)。

圖7 測線2-1地質(zhì)雷達(dá)圖像

(4)從圖8測線2-2地質(zhì)雷達(dá)圖像上可以看到，在橫坐標(biāo)720～820，縱坐標(biāo)3.0 m～4.0 m之間，同向軸有輕微錯(cuò)斷現(xiàn)象，其他位置地質(zhì)雷達(dá)圖像同向軸較為連續(xù)，無明顯洞狀、扇狀等異常反射界面，推測該測線位置路面下7m范圍內(nèi)路基砂土較為密實(shí)。

圖8 測線2-2地質(zhì)雷達(dá)圖像

4 結(jié)論及建議

本次采用地質(zhì)雷達(dá)檢測主要是用于頂管施工中對周圍的擾動(dòng)變形的影響分析和針對路基存在裂縫的部位進(jìn)行回填灌漿加固處理后的質(zhì)量檢測，經(jīng)過地質(zhì)雷達(dá)現(xiàn)場檢測、圖像和波形分析，可以得到以下結(jié)論：

(1)從上面雷達(dá)圖像可以看到，在每張雷達(dá)圖像上都有同向軸錯(cuò)斷的位置，同向軸錯(cuò)斷的位置既有可能為地基脫空區(qū)，也有可能為灌漿水泥聚集區(qū)，通過雷達(dá)圖像可以對異常反射區(qū)域進(jìn)行推測解譯，但是不能確保精確判斷。

(2)在上述圖像中，測線1-1和測線2-1異常位置反射振幅較強(qiáng)，異常界面較為明顯，根據(jù)異常反射狀態(tài)推測異常體接近透鏡體形態(tài)，很可能是由灌漿處理后的水泥聚集區(qū)所形成，建議施工單位根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)情況，并結(jié)合以往工作經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行深入分析論證，測線1-2和測線2-2雷達(dá)圖像上的同向軸錯(cuò)斷情況較為輕微，異常反射不明顯。